První 3nm čipy reálně budou dostupné až v roce 2023
Před nedávnem jsme psali, jak Samsung chystá 2nm proces pro výrobu čipů až na rok 2025, z dnešního pohledu na poměrně vzdálenou dobu. Ale nakonec s ním nemusí být nějak moc pozadu. Nyní máme aktualizované informace o plánech TSMC a zdá se, že také Tchajwan bude postupovat o něco pomaleji, než se čekalo. Jeho 3nm proces také nastoupí o později, reálně bude až v roce 2023. A TSMC poté i prodlouží jeho éru vylepšenou verzí N3E.
TSMC minulý týden odhalilo několik důležitých informací o tom, jak se bude jeho výrobní technologie vyvíjet v následujících letech. Nyní nejdůležitější z toho je stav 3nm procesu (jenž je označený „N3“) – ten je totiž nejbližší. TSMC dlouho předpokládalo, že výroba na něm začne již v roce 2022, ale vypadá to, že se to úplně nepodaří.
Masová výroba TSMC začne sice asi pořád před koncem roku 2022, ale ne s dostatečným předstihem, aby to do konce roku stihly hotové čipy. Celý proces zpracování waferů má totiž velké množství kroků, takže konkrétní budoucí čip (tedy wafer, z kterého nakonec čip vznikne) prochází továrnou mnoho týdnů, může to být i víc jak sto dní. TSMC teď uvádí, že firma začne výrobu na 3nm procesu N3 během druhé poloviny roku 2022, ale zákazníci budou mít hotové čipy až v první čtvrtletí roku 2023.
Není úplně jasné, jak velké zdržení reálně nastalo, onen přeliv do následujícího roku mohl klidně vyjít i dost těsně. Tak nebo onak tentokrát nedojde k tomu, že nový proces TSMC využije jako první Apple – v telefonech, které firma vydá v roce 2022, prý 3nm SoC nebude. První uživatel této technologie by tak mohl být i někdo další.
Počáteční výroba, tzv. Risk Production, kdy ještě objem a výtěžnost technologie nejsou připravené na běžné obchodní využití, ale mimochodem stále má odstartovat ještě letos. Nyní ještě asi neběží, protože TSMC uvádí, že „je plánovaná v roce 2021“. Měla by ale tedy asi začít příští měsíc nebo v prosinci.
Proces N3 má umožnit při stejném výkonu (frekvenci) snížit spotřebu až o 25–30 % proti 5nm procesu (N5). Alternativně bude možné zvýšení výkonu až o 10–15 % při stejné spotřebě (ale není jasné, zda se také zvedne nejvyšší dosahovaná frekvence, k tomu naopak dojít nemusí). Proces samozřejmě zmenší tranzistory a čipy budou menší, ale toto zlepšení může být o dost slabší, než bývalo v minulosti. Hustota logických obvodů může sice být až 1,7× vyšší, ale hustota buněk SRAM se zmenší mnohem méně, jen 1,2×. To bude problém tam, kde by inženýři chtěli zvětšit paměti cache (třeba v případě Infinity Cache u GPU Radeon). Analogové obvody (třeba PHY řadičů pamětí nebo PCIe) se mají zmenšit ještě méně, zlepšení hustoty u nich může být jen 1,1×.
Ne všechny tyto výsledky bude možno získat současně. Proces bude umožňovat použití různých knihoven – zmíněna je varianta HD (High Density), která bude mít nejlepší hustotu, ale nejhorší výkon, a na druhou stranu HPC (High Performance), kde naopak bude výkon vysoký výměnou za výrazně větší zabranou plochu proti HD. Existuje také varianta HC, která bude někde mezi.
2nm proces 2025
Také 2nm proces asi bude trošku opožděn. Minule v článku o Samsungu jsme operovali s předpokladem, že by ho TSMC mohlo mít v roce 2024. Ale teď už TSMC počítá s rozjezdem výroby v roce 2025. Teď zřejmě bude novou generaci technologie mít v intervalech asi 2,5 roku místo dřívějších dvouletých.
Ročník to tedy nakonec bude stejný jako u Samsungu. Jen Intel tedy nyní plánuje rozjezd snad srovnatelného 2nm procesu (20A) na rok 2024. Otázka je samozřejmě, jestli se Intelu bude dařit chrlit teď každý rok nový proces, když měl doteď dvouleté nebo horší zpoždění. V roce 2025 mimochodem Intel plánuje návrat na pozici lídra (ovšem s tím, že je to „pokud se nám podaří přesně naplnit naší strategii“, úplně slib to tedy není), ale také Samsung uvádí, že by s 2nm technologií mohl vzít TSMC prvenství a být lídrem. TSMC nyní ovšem rovněž tvrdí, že jeho 2nm proces bude v roce 2025 mít nejlepší hustotu a nejlepší výkon. Co se týče oficiálních slibů/prognóz, je to tedy vyrovnané – půjde hlavně o to, komu se podaří dostat se k tomu, co má naplánováno, co nejblíž.
N3E: 3nm proces druhé generace
TSMC také nyní oznámilo, že po první generaci 3nm procesu (N3) vydá ještě druhou, vylepšenou, která bude asi vyplňovat prostor vzniklý jistým pozdržením 2nm procesu – i když je pravděpodobné, že vývoj už běžel déle. Tato vylepšená verze se jmenuje N3E a TSMC o ní mluví jako o „extenzi“ 3nm technologie. N3E má umožnit u čipů dosáhnout lepších vlastností – má jít o zlepšení ve výkonu, spotřeby, ale také o vylepšenou výtěžnost (zvýšená hustota tranzistorů zmíněná není). Přesná čísla ale zatím TSMC neuvádí.
Pro návrh čipů se nemají nároky nějak výrazně měnit. Zřejmě bude třeba pro využití technologie N3E vyrobit nové masky a upravit návrh, ale snad by jeho použití mělo být mnohem snazší, než co by vyžadoval přechod na úplně nový proces.
Zatím nevíme, zda pro nás nejvíce relevantní čipy pro osobní počítače (Nvidia, AMD, Intel) budou tento proces používat, nebo budou čekat až na 2nm technologii. Je pravděpodobné, že tuto technologii uvidíme v mobilních procesorech pro telefony, kde jejich výrobci jsou zvyklí na každoroční uvádění nových generací a využívají tak všechny dostupné generace a půlgenerace, zatímco třeba AMD přeskočilo vylepšenou variantu 7nm procesu N7P.
Ceny nových technologií nezadržitelně rostou
Nevýhoda těchto nových technologií bude, že budou čím dál dražší. Zatímco před deseti lety jeden wafer stál okolo 5000 $, na 7nm technologii je už údajně cena dvojnásobná, 5nm proces ji zvedl na něco okolo 16 500 $ a při výrobě 3nm čipů prý už firmy bude wafer stát víc jak 20 000 $ (jde o odhady/drby od webu SemiAnalysis). To znamená, že koncové produkty jako procesory a GPU mohou dál zdražovat, nebo u nich budou muset klesnout marže. Levnější hardware může kvůli tomu být odkázán na čipy vyráběné horším levnějším procesem.
Zdroje: Tom’s Hardware, SemiAnalysis
Jan Olšan, redaktor Cnews.cz
⠀
